PRÁCTICA # 8 DESTILACIÓN DE DOS LÍQUIDOS INMISCIBLES: DESTILACIÓN POR ARRASTRE CON VAPOR DE AGUA

PRÁCTICA # 8

DESTILACIÓN DE DOS LÍQUIDOS INMISCIBLES: DESTILACIÓN POR ARRASTRE CON VAPOR DE AGUA

La destilación es una operación unitaria de separación y purificación en la cual, mediante vaporización y condensación, son separados los diferentes componentes líquidos, sólidos disueltos en líquidos o gases licuados de una mezcla, aprovechando las diferencias en los puntos de ebullición(temperaturas de ebullición) de cada uno de sus componentes.

El proceso consiste en calentar una mezcla en estado líquido hasta que sus componentes más volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación, enfriar, separadamente, el vapor para recuperar dichos componentes en forma líquida por medio de la condensación.

El objetivo principal de la destilación es separar los componentes de una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles. En la evaporación y en el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos volátil; el componente más volátil, casi siempre agua, se desecha. Sin embargo, la finalidad principal de la destilación es obtener el componente más volátil en forma pura.

En caso de tener una mezcla de dos componentes si la diferencia entre las volatilidades  (y por tanto en punto de ebullición) de los dos componentes es grande, puede realizarse fácilmente la separación completa en una destilación individual. En cambio si los puntos de ebullición de los componentes de una mezcla sólo difieren ligeramente, no se puede conseguir la separación total en una destilación individual, deben realizarse varias destilaciones.

En una mezcla simple de dos líquidos solubles entre sí, la volatilidad de cada uno es afectada por la presencia del otro. En el caso de una mezcla al 50%, por ejemplo, el punto de ebullición estaría en la mitad entre los puntos de ebullición de las sustancias puras, y el grado de separación producido por una destilación individual dependería solamente de la presión de vapor, o volatilidad de los componentes separados a esa temperatura. Esta conceptualización se resume en la ley de Raoult, que establece que la relación entre la presión de vapor de cada componente en una solución ideal es dependiente de la presión de vapor de cada componente individual y de la fracción molar de cada componente en la solución:

[pic 1]

Donde:

P1= Presión de vapor del componente 1 de la mezcla

X1= Fracción molar del componente 1 de la mezcla

P1º=Presión de vapor del solventes puro

Dependiendo del tipo de mezcla y el objetivo final de la destilación, se conocen los siguientes tipos de destilación: simple, fraccionada, al vacío, azeotrópica, por arrastre con vapor de agua, etc. La destilación por arrastre con vapor de agua se utiliza para la separación de líquidos inmiscibles.

La destilación por arrastre con vapor de agua consiste básicamente en la vaporización a baja temperatura de los componentes volátiles de una mezcla por introducción de una corriente directa de vapor de agua.  El vapor de agua cumple una doble función: calentar la mezcla con la que entra en contacto, hasta ebullición y disminuir la temperatura de ebullición de la misma, debido a que suma su presión de vapor a la del componente o componentes volátiles. El vapor conteniendo los líquidos inmiscibles, que salen del recipiente en el cual se lleva a cabo la vaporización, son conducidos a un condensador del cual el agua y el componente o componentes destilados, salen en estado líquido, en forma de capas inmiscibles, que normalmente se las separa por decantación.

La destilación por arrastre con vapor de agua se utiliza para la separación de compuestos inmiscibles con agua, por lo general en la separación de mezclas de compuestos orgánicos obtenidas en síntesis orgánica, por ejemplo la separación de los isómeros del nitrofenol obtenidos en la nitración del fenol, y en la separación de aceites esenciales a partir de plantas aromáticas.  

En la destilación por arrastre con vapor de agua, los vapores saturados de los líquidos inmiscibles siguen la ley de las presiones parciales de Dalton:

PT= P1+P2+P3………

Donde PT es la presión total constante y P1 y P2…., son las presiones parciales de los componentes; para dos componentes, aplicando la ley de Dalton y combinando con la ley de Raoult se tiene:

P1/P2= x1/x2

Donde x1 y x2 son las fracciones molares de los componentes en la mezcla de vapor, de ahí se tiene que:

n1/n2 = P1/P2 

y a partir de esta:

[pic 2]

Donde m1 es la masa del componente 1 y M1 su masa molar y m2, la masa del componente 2 y M2 su masa molar, P1 y P2 las presiones de vapor de los componentes puros. De este modo conociendo las variables con subíndice uno y midiendo en la práctica la P2 y la masa 2, es posible determinar la masa molar del componente 2.

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